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基于层叠结构的可拉伸应变传感器研究

基于层叠结构的可拉伸应变传感器研究

作者：隆鑫欣湖南大学

学位级别：硕士

柔性电子是多学科交叉融合下产生的颠覆性科技,它摆脱了传统电子系统刚性物理形态,可实现信息与人、物体、环境的高效融合,在柔性显示器、可穿戴智能健康监测、人工智能等领域有许多创新应用展示。柔性传感器作为柔性电子的“皮肤”,是... 详细信息

柔性电子是多学科交叉融合下产生的颠覆性科技,它摆脱了传统电子系统刚性物理形态,可实现信息与人、物体、环境的高效融合,在柔性显示器、可穿戴智能健康监测、人工智能等领域有许多创新应用展示。柔性传感器作为柔性电子的“皮肤”,是感知处理各种信号的基础。电阻式柔性应变传感器作为其重要分支,在拉伸应变检测中发挥着重要作用。层叠型柔性应变传感器具有易功能化、结构多变等特点受广泛关注研究,故本文以此为基础展开研究。层叠型柔性应变传感器的结构主要由导电层与弹性体衬底双层叠加,导电层与弹性体结构以及相互结合方式对器件功能性和检测能力有着重要影响,所以新结构的设计开发对传感器整体性能提高颇具意义。本文提出了两种不同衬底结构的新型柔性应变传感器,并进一步开发远程大数据平台监测系统与人机交互系统。主要研究内容如下:(1)本文提出一种褶皱界面工程策略,开发了一种经济高效的两步表面处理方法(乙醇辅助固化+石油醚浸泡)制备柔性应变传感器,解决了拉伸性和灵敏度相互制约的问题。该传感器灵敏度(Gauge Factor,简称GF)高达1078.1,拉伸性可达650%,有着140ms的快速响应时间以及200%应变下3000次循环的稳定性。此方法通过在Ecoflex衬底上形成微米和纳米级褶皱,显著增加Ecoflex和石墨烯之间的界面结合力,在保证拉伸性的前提下大大提高了应变灵敏度。本文还利用原位拉伸等手段观察传感器导电网络变化,来研究不同拉伸状态下石墨烯片的分离和“脊”状结构的形成,并进一步分析讨论了其在不同拉伸阶段GF的差异。此外,将传感器成功应用于生理信号检测和云平台呼吸监测,还集成惯性传感器开发智慧手套实现了远程拆弹。(2)针对第一种策略方法制备的传感器200%应变范围内GF低以及响应曲线明显过冲等问题,本文还提出一种多孔纤维膜结合真空抽滤的方法,通过对比石墨烯、Mxene和碳纳米管三种导电材料所制备传感器的性能,选用石墨烯为导电材料制备了一种基于电纺纤维的柔性应变传感器。该传感器在0-200%应变区间内GF高达193.23,具有126ms的快速响应时间,以及50%应变下2000次循环的稳定性。本文还进一步表征分析拉伸时导电层中石墨烯的分离与“岛屿”结构对GF的影响。力图研究其在非接触式人机交互中的潜力,并在人体运动检测、薄钢片弯曲检测和可穿戴摩斯密码语音翻译系统中进行了应用验证。

关键词：柔性应变传感器层叠结构褶皱多孔纤维膜云平台监测

重频纳秒脉冲电压下聚酰亚胺薄膜层叠结构的绝缘特性

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高电压技术 2021年第2期47卷 695-704页

作者：喻梦晗杨兰均林天煜张永鹏刘刚丁健西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 宁波送变电建设有限公司甬城配电网建设分公司宁波315000

为提高脉冲功率技术中绝缘结构的绝缘性能,延长设备使用寿命,研究了重频纳秒脉冲电压作用下,多层绝缘薄膜层叠结构的绝缘特性,采用上升时间为115 ns、脉宽为225 ns的重频源,在重复频率为1 kHz的条件下,对比了不同厚度和层叠数的聚酰亚... 详细信息

为提高脉冲功率技术中绝缘结构的绝缘性能,延长设备使用寿命,研究了重频纳秒脉冲电压作用下,多层绝缘薄膜层叠结构的绝缘特性,采用上升时间为115 ns、脉宽为225 ns的重频源,在重复频率为1 kHz的条件下,对比了不同厚度和层叠数的聚酰亚胺单层膜和多层膜的短时击穿场强和长时耐受脉冲数,建立了重频纳秒脉冲电压下1500万次以内的电老化单因子寿命模型。试验结果表明层叠结构有利于提高聚酰亚胺的绝缘强度,快速击穿场强最高增大45.44%,这是由于层叠结构减小了单层绝缘厚度,单层绝缘的击穿场强随厚度的减小而增大。耐受脉冲电压数也明显提升,并且总绝缘厚度相同的情况下分层数越多,快速击穿场强越高,同时耐受脉冲数也越多。耐受脉冲电压数与场强满足指数关系,这为场强的选择和绝缘结构设计提供了依据。

关键词：重频纳秒脉冲薄膜绝缘层叠结构击穿场强寿命模型

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基于层叠结构的双极化单脉冲天线

北京理工大学学报 2013年第10期33卷 1072-1076页

作者：张卓赵国强孙厚军吕昕北京理工大学信息与电子学院北京100081

研究双极化微带阵列天线在单脉冲雷达系统中的应用,使传统单脉冲雷达系统具备收发极化分集能力以及多种极化形式下的目标角误差信息提取能力.采用基于层叠结构馈电的正六边形双极化微带天线构建满足单脉冲雷达系统需求的一维阵列天线,... 详细信息

研究双极化微带阵列天线在单脉冲雷达系统中的应用,使传统单脉冲雷达系统具备收发极化分集能力以及多种极化形式下的目标角误差信息提取能力.采用基于层叠结构馈电的正六边形双极化微带天线构建满足单脉冲雷达系统需求的一维阵列天线,通过计算机仿真,利用比幅单脉冲角误差提取方法以及任意极化合成方法在同一天线中得出线极化、圆极化、椭圆极化形式下的和差波束方向图以及角误差曲线.并在一维阵列的基础上研究了低成本、低复杂度的二维阵列组阵方式以及二维角误差提取方法.研究结果证明了利用基于层叠结构馈电的微带阵列天线构建双极化单脉冲天线的可行性.

关键词：双极化单脉冲天线层叠结构角误差

一种层叠结构通用型数据采集传输装置的设计与实现

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中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2023年第6期 14-19页

作者：黄瑞雪刘科贵州航天林泉电机有限公司贵州贵阳550081

通常遥测数据采集传输装置采用定制化设计,结构复杂,通用化程度较低,研制周期较长。本文介绍一种全配置模式层叠结构的通用型遥测数据采集传输装置的设计与实现,在软件、硬件设计上提炼通用技术,可以通过外形框架结构叠加,实现采集通道... 详细信息

通常遥测数据采集传输装置采用定制化设计,结构复杂,通用化程度较低,研制周期较长。本文介绍一种全配置模式层叠结构的通用型遥测数据采集传输装置的设计与实现,在软件、硬件设计上提炼通用技术,可以通过外形框架结构叠加,实现采集通道和采集参数的叠加,并基于软件无线电技术,实现关键参数的在线配置。最终实现满足要求的样机,积累数据采集传输装置的通用化方法,为后期产品型谱化奠定一定基础,可进一步促进遥测技术体系更新迭代发展,建立长远可持续发展的遥测技术和产品体系。

关键词：层叠结构通用型数据采集传输遥测

维普期刊数据库评论

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圆形平板电极与薄膜层叠结构的沿面闪络性能

强激光与粒子束 2020年第2期32卷 93-99页

作者：陈志强贾伟谢霖燊郭帆王程程何小平吴伟汲胜昌西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室西安710049 西北核技术研究院强脉冲辐射模拟与效应国家重点实验室西安710024

强电磁脉冲模拟装置中用于脉冲压缩的陡化电容器常采用电极与薄膜介质层叠的结构,其主要绝缘失效模式为沿面闪络。采用圆形平板电极,在SF6绝缘环境中和加载电压为前沿约30 ns的纳秒脉冲电压的条件下,实验研究了陡化电容器关键结构参数... 详细信息

强电磁脉冲模拟装置中用于脉冲压缩的陡化电容器常采用电极与薄膜介质层叠的结构,其主要绝缘失效模式为沿面闪络。采用圆形平板电极,在SF6绝缘环境中和加载电压为前沿约30 ns的纳秒脉冲电压的条件下,实验研究了陡化电容器关键结构参数和气压对沿面闪络性能的影响。结果表明:(1)电极厚度、气隙和表面涂覆均不能明显改变层叠结构的沿面闪络电压;(2)气压可以提高层叠结构的沿面闪络性能,但是存在饱和趋势;(3)薄膜介质层数与沿面闪络电压近似线性比例关系;(4)增长薄膜介质伸出长度能显著提高沿面闪络电压。基于流注理论对上述结果进行了探讨,认为极不均匀场中,闪络起始主要由高场强区域决定,但是闪络通道的形成和发展主要由闪络路径上的背景电场决定,因此减小层叠结构三结合点处电场对闪络性能影响不大,但减小闪络通道发展路径上的背景电场,可以有效提高层叠结构的沿面闪络电压。

关键词：电磁脉冲模拟装置陡化电容器层叠结构沿面闪络流注

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层叠结构氮化硅阻变器件可靠性研究

层叠结构氮化硅阻变器件可靠性研究

作者：姜鹏飞西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着信息技术的蓬勃发展,集成电路集成度不断提高,器件的特征尺寸不断缩小,传统的非挥发性存储器正面临着发展瓶颈:不断缩小的器件尺寸使得浮栅的厚度相应减小,然而过薄的栅又将导致漏电流、电击穿等问题出现。对此学界进行了一系列的... 详细信息

随着信息技术的蓬勃发展,集成电路集成度不断提高,器件的特征尺寸不断缩小,传统的非挥发性存储器正面临着发展瓶颈:不断缩小的器件尺寸使得浮栅的厚度相应减小,然而过薄的栅又将导致漏电流、电击穿等问题出现。对此学界进行了一系列的探索研究,期望能找出突破的方法。具有结构简单、缩放性好、读写速度快、可靠性高、可与CMOS工艺兼容等一系列优点的阻变存储器,是非常有竞争力的下一代非挥发性存储器件,引起了国内外学者的广泛关注。本文针对阻变器件的可靠性展开研究,主要研究内容如下:1.本文为研究SiN介质层中不同硅氮比例对器件特性的影响,利用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)制备SiN阻变介质层,通过调整SiN制备过程中SiH和NH的比例制备了三组具有不同硅氮比(不同x值)的SiN介质层,同时利用DC sputtering(直流磁控溅射)工艺,分别制备Ta和Pt作为顶电极和底电极。测试结果显示不同硅氮比的器件在高阻态电流上存在明显差异,对这一现象进行了深入的研究分析后,提出肖特基势垒调制效应加以解释。2.本文的核心目标是提高阻变器件的可靠性。利用RF sputtering制备SiN介质层,因为能提供大量缺陷(Si悬挂键)的原因,选用了SiN作为靶材制备SiN薄膜。使得器件的初始状态有概率为低阻态,省去forming过程。这对于提高器件的可靠性有重要意义。在研究过程中,发现适当提高溅射温度可以提高薄膜的质量,提高致密性减少缺陷和孔洞。3.为进一步提高器件的可靠性,本文利用共溅射技术,在SiN薄膜中原位掺入Pt原子,制备出SiN/SiN:Pt/SiN层叠结构,不仅使得器件具有稳定的初始低阻态,且有效降低了器件各操作参数的随机波动程度,提高了器件的保持和耐受特性,实现了具有高可靠性的forming-free RRAM器件制备。

关键词： RRAM 硅氮比硅悬挂键层叠结构可靠性

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层叠结构超宽带天线的研究与设计

层叠结构超宽带天线的研究与设计

作者：万康湖南大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,超宽带(UWB)理论和技术被越来越多的人研究并日益成熟。超宽带技术在生产生活中有着非常广泛的应用前景:如用于城市建设、国防、考古、环境保护等的超宽带探地雷达,用于遥感成像和探测的超宽带合成孔径成像雷达,用于短... 详细信息

随着科技的发展,超宽带(UWB)理论和技术被越来越多的人研究并日益成熟。超宽带技术在生产生活中有着非常广泛的应用前景:如用于城市建设、国防、考古、环境保护等的超宽带探地雷达,用于遥感成像和探测的超宽带合成孔径成像雷达,用于短距离、高速率的无线通信系统,用于灾后救援、病人重要体征调查等生物医学领域的超宽带雷达等等。UWB天线作为超宽带应用系统的核心部件,对其性能有着至关重要的影响。超宽带天线不仅要在系统要求的频段上有低的反射系数、符合要求的辐射特性等,同时要求天线的时域性能如保真系数、振铃现象等在可接受的范围内,这就对超宽带天线的设计提出了严格的要求。针对以上应用和要求,本文在学习与总结了多种层叠结构UWB天线的基础上,提出了两种层叠结构的超宽带天线,分别是层叠带反射背腔的UWB单极子天线和层叠型的UWB八木天线。具体地从天线模型的提出、参数优化等分析,得到天线的基本结构。在此基础上,通过添加反射或耦合单元,获得符合要求的改进型天线。其中,层叠带反射背腔的UWB单极子天线的尺寸为100*100*30mm3,S11层叠型的UWB八木天线的基本结构为3层,最底层的地板起反射器的作用,地板上方紧邻的是宽带蝶形偶极子激励元,再上方为无源矩形金属薄片,用作引向器。天线的尺寸为60*60*30mm3,S11结构上面再添加金属片,能在几乎不改变天线阻抗带宽和辐射性能的情况下,提高天线的最大增益。在仿真优化分析之后,一种6层结构的超宽带八木天线被制作成实物,测量了其S11带宽和远场方向图。结果表明,仿真与实测几乎一致,在误差允许的范围内。该6层的天线在靠近最大辐射方向30°的立体角度范围内获得0.8左右的保真度,其瞬态响应特性优于LPA。因此,这两种天线可较好用于FCC开放的3.1～10.6GHz频段的超宽带通信。两种天线经过缩放,可用于UWB探地雷达系统、UWB合成孔径成像雷达系统、医学超宽带雷达、毫米波应用系统等。

关键词：超宽带技术层叠结构反射背腔 UWB八木天线时域特性 UWB雷达

高耦合系数层叠结构片上变压器的频率无关等效电路(英文)

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Journal of Semiconductors 2008年第8期29卷 1461-1464页

作者：夏峻王志功李伟东南大学射频与光电集成电路研究所南京210096

针对高耦合系数层叠结构的片上变压器提出了一个新型2-Π集总元件等效电路模型.主要基于解析公式提取了该模型的元件参数.由于该模型中全部元件取值均与工作频率无关,因此该模型完全可以用于射频集成电路设计中的时域瞬态仿真及噪声分析... 详细信息

针对高耦合系数层叠结构的片上变压器提出了一个新型2-Π集总元件等效电路模型.主要基于解析公式提取了该模型的元件参数.由于该模型中全部元件取值均与工作频率无关,因此该模型完全可以用于射频集成电路设计中的时域瞬态仿真及噪声分析.为了验证该模型的精度,采用台湾半导体制造有限公司(TSMC)提供的0.13μm混合信号/射频CMOS工艺实际制作了一个高耦合系数层叠结构片上变压器,并使用Agilent E8363B矢量网络分析仪测量了其S参数.测量结果表明该模型在高于两倍自谐振频率范围内均能够与测试结果很好地符合.

关键词：层叠结构片上变压器频率无关等效电路

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多层PCB层叠结构设计及分析

多层PCB层叠结构设计及分析

作者：井探亮内蒙古大学

学位级别：硕士

随着电子产品的速度越来越快,功能越来越多,导致电子产品的核心元件印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)所需元器件越来越多,信号频率越来越高,这会使设计者选择多层PCB来应对。与此同时也会带来许多问题,如PCB的电磁兼容性(Electrom... 详细信息

随着电子产品的速度越来越快,功能越来越多,导致电子产品的核心元件印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)所需元器件越来越多,信号频率越来越高,这会使设计者选择多层PCB来应对。与此同时也会带来许多问题,如PCB的电磁兼容性(Electromagnetic Compatible,EMC)、信号完整性(Signal Integrity,SI)、电源完整性(PowerIntegrity,PI)、布局布线以及层叠结构设计等。其中,多层PCB层叠结构设计对PCB的电磁兼容性、布局布线有直接影响,同时对信号完整性、电源完整性也有着重要的影响,即多层PCB层叠结构设计是多层PCB设计至关重要的一步。因此,本课题以S-参数和远近场辐射的理论为主要依据,对多层PCB进行了以下几方面研究:1.通过多层PCB层叠结构设计基本原则对不同层PCB的所有层叠结构进行筛选,为后续仿真提供层叠结构方案。2.多层PCB S-参数分析,探究不同层叠结构方案的回波损耗是否相同,同时为确定PCB的谐振频率提供理论依据。3.多层PCB远近场辐射分析,探究不同层叠方案的辐射强度是否相同,为选择合适的层叠结构方案奠定基础。

关键词：多层PCB S-参数远近场辐射层叠结构